Развитие шепчущей галереи Режим полимерные микро-оптические датчики электрического поля

Целью данного эксперимента является оптическое измерение электрического поля с помощью режима «Шепчущая галерея» или феномена WGM. Это достигается за счет возбуждения оптических мод диэлектрической микросферы, с помощью одномодового оптического волокна. В качестве второго шага к микросфере прикладывается внешнее поле, что вызывает сдвиг в WGM микросферы.

Далее на пк записываются сдвиги WGM и величина приложенного электрического поля. Полученные результаты показывают взаимосвязь между сдвигами WGM и приложенным электрическим полем. Основные преимущества этого метода заключаются в том, что датчики намного меньше, они потребляют гораздо меньше энергии, а также значительно улучшается чувствительность измерений.

Он был вдохновлен последними разработками в технологии оптической связи, этот метод, который может быть использован в более широком спектре областей, включая оланд, безопасность, оборону, прогнозирование молнии, и неврологию. Здесь исследуются три типа микросферных сенсоров. Для приготовления сферы первого типа начните с поли-диметилслоуна или основы PDMS и отвердителя S guard 1 8 4 Смесь диоксида кремния и эластомера PDMS и отвердителя с объемным соотношением 60 к одному.

Затем с помощью оптического стриппера снимите двухсантиметровую нить кремнеземного оптического волокна с пластиковой оболочки. Нагрейте один конец волокна бутановой горелкой и растяните его, чтобы получить конец стебля диаметром примерно от 25 до 50 микрометров. На кончике для создания сферы опустите растянутый конец волокна в смесь PDMS на глубину от двух до четырех миллиметров, а затем вытяните из него конечную глубину волокна в смеси и скорость, с которой оно извлекается, контролируете размер сферы, закопайте эти два параметра, чтобы получить диаметры сферы в диапазоне от 100 до 1000 микрометров.

Наконец, поместите микросферу и сборку стержня в духовку при температуре около 90 градусов по Цельсию на четыре часа, чтобы обеспечить надлежащее отверждение полимерного материала для сфер тройного типа 2. Начните с микросферы A-P-D-M-S, наберите один под ламинным колпаком и с помощью маски добавьте от примерно 2% до примерно 10% объема титана бария и восемь наночастиц к смеси PDMS и отвердителя 60 к одному, используемой для создания микросферы. Из этой смеси будет формироваться средний слой.

Используемое количество будет определять диэлектрические свойства сферы. Опустите микросферу PDMS в смесь титаната бария PDS, чтобы покрыть ее слоем номинальной толщиной примерно 10 микрометров. Затем поместите двухслойную сферу в духовку при температуре около 90 градусов по Цельсию на четыре часа, чтобы обеспечить надлежащее отверждение второго слоя.

После того, как двухслойная сфера отверждается и охлаждается до комнатной температуры, снова погружайте ее в смесь PDMS 60 к одному, чтобы получить третий внешний слой размером около 10 микрометров. Этот самый внешний слой будет служить сферическим оптическим проводником для диоксида кремния третьего типа. Микросферы PDMS.

Начните с подготовки ванны из чистого пространства PDMS. Начните с одномодового кварцевого оптического волокна и используйте оптический стриппер, чтобы снять трехсантиметровый участок пластикового буферного покрытия с его конца. Используйте горелку, чтобы расплавить конец волокна, включая оболочку и сердцевину, используя поверхностное натяжение и гравитационную форму.

Сферы из кремнезема размером от 200 до 500 микрометров могут быть сформированы из расплавленного наконечника после изготовления. Микросфера диоксида кремния погружается в основание PDMS, чтобы покрыть его слоем толщиной около 50 микрометров. Этот внешний слой остается в качестве высоковязкой жидкости с пределом текучести для подготовки оптического волокна.

Опять же, начните с длины одномодового оптического волокна и используйте оптический стриппер, чтобы удалить три-четыре сантиметра пластикового буфера где-то посередине. Используйте микрогорелку для нагрева полосового участка волокна до тех пор, пока оболочка и сердцевина волокна не расплавятся. Когда ядро расплавится, потяните один конец оптического волокна вдоль его оси, чтобы сформировать конический участок длиной около одного-двух сантиметров.

Диаметр конической области определяется продолжительностью нагрева, скоростью вытягивания и расстоянием натяжения. Диапазон диаметров составляет от 10 до 20 микрометров. Для зондирования системы необходимо соединить выход перестраиваемого лазера с распределенной обратной связью в ближнем инфракрасном диапазоне с номинальной длиной волны 1,3 мкм с одним концом подготовленного одномодового оптического волокна.

Другой конец должен быть заведен на быстродействующий фотодиод. Выход фотодиода оцифровывается и сохраняется на компьютере. Используйте столик для микротрансляции, чтобы привести одну из микросфер первого, второго или третьего типа в контакт с коническим участком оптического волокна, чтобы обеспечить оптическую связь между двумя элементами.

С выходом функционального генератора, пилообразным напряжением амплитудой около 600 милливольт и частотой один килогерц. Это вход для лазерного контроллера DFB. Примерно равномерное электрическое поле создается с помощью двух латунных пластин размером два на два сантиметра, толщина каждой из которых составляет один миллиметр.

Они расположены в виде параллельного пластинчатого конденсатора и подключены к источнику напряжения. Датчики сфер размещаются в зазоре между пластинами. Длительное высокое электрическое поле также может быть использовано для повышения чувствительности измерений датчиков.

Чтобы добиться этого места, сферы в электрическом поле имеют напряжение в один мегавольт на метр в течение двух часов перед измерениями сдвига длины волны проходящего света. В приведенных здесь данных есть свидетельство изменения геометрии сферы первого типа в присутствии электрического поля. На этом графике показано сдвиг моды Whispering Gallery сферы первого типа под действием возмущения гармонического поля и сдвиг моды Whispering Gallery в зависимости от амплитуды электрического поля для той же сферы.

Здесь показано сдвиг моды «Шепчущая галерея» сферы второго типа и возмущение гармонического поля, а также сдвиг моды «Шепчущей галереи» в зависимости от амплитуды электрического поля для сферы второго типа. Обратите внимание, что наблюдается увеличение чувствительности по сравнению со сферой первого типа. Здесь показано сдвиг моды Whispering Gallery сферы третьего типа и возмущение гармонического поля.

И, наконец, сдвиг режима Whispering Gallery в зависимости от амплитуды электрического поля. Для сферических шоу третьего типа этот тип обладает наибольшей чувствительностью. Один мастер по этой методике может быть выполнен за несколько часов, включая подготовку сфер и волокон, если она выполнена правильно.

При выполнении этой процедуры важно не загрязнить поверхность сферы После этой процедуры. Могут быть разработаны другие методы измерения, основанные на сдвигах WGM, например, для обнаружения магнитного поля.